超声波在磁流变材料中传播特性研究

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磁流变材料是一种智能材料,各国学者对它的力学特性、流变学特性、磁学特性、电学特性、光学特性等均有研究,尤其是力学特性及其器件开发,如磁流变阻尼器,广泛应用于汽车、机械等各个领域。然而对于其声学特性的研究却非常少,因此在国内研究超声波在磁流变材料中的传播特性不仅是新颖、前沿的,同时也为日后开拓新颖的磁控超声波器件提供启示和基础。针对在不同条件下,磁流变液使超声波传播特性发生显著变化的现象,本文研究了超声波在液固两相混合介质中的传播机理,设计并制作了研究超声波在磁流变材料中传播特性的实验装置,通过实验研究了外界条件对超声波传播特性的影响。主要工作包括:1)了解并分析超声波在磁流体和磁流变液中传播特性的国内外研究现状,以及存在的缺陷和不足,阐述了此课题的背景及意义,并在此基础上阐明了本文的主要研究内容。2)研究超声波在介质中的传播特性,重点分析了超声波在两相混合介质中传播的速度和衰减表达式及其迟滞特性,且通过ECAH模型建立了液固两相混合介质中声能衰减和声速的关系。3)对实验系统进行设计:设计的实验装置不仅能够通过改变电流大小来获得所需磁场,还可以调节磁场与超声波传播方向夹角的大小;设计了超声波发生电路和超声波接收放大电路,并用ORCAD软件对电路进行仿真,制作且调试成功后应用于实验中。4)通过实验研究了在磁感应强度范围为0-0.2T,超声波传播方向和磁场方向的夹角θ分别为0°、30°、60°、90°、120°、150°、180°时,超声波在磁流变液和磁流变胶泥中传播特性变化的情况,并且对比了超声波在磁流变液和磁流变胶泥中传播时的差异;实验中还发现磁场对超声波传播速度和幅值的调制具有迟滞效应,而且当两个夹角互补时,它们的速度和幅度随着磁场强度变化的趋势基本相同。5)运用超声波在两相混合介质中的传播理论和磁流变材料的结构机理等知识对磁流变材料使超声波传播特性变化的现象进行了定性解释:外加磁场的大小和方向改变时,磁流变材料中形成的磁链结构也会随之变化,因此超声波的波速和幅度都会产生相应的变化。结果显示:超声波在磁流变材料中的传播速度、幅度不仅与磁场作用下形成链状结构的粗细、方向性有很大关联,而且存在明显的迟滞性。
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